(57)【要約】  本発明に係る光強度位相変換器は、第１の入力光が入力される第１及び第２の導波路と、第２の入力光が入力される第３の導波路と、前記第２及び第３の導波路上に共通に設けられ、前記第１及び第２の入力光が合波して相互作用する相互作用領域と、を備え、前記第１又は第２の入力光の強度に基づいて、前記第１及び第２の導波路から出力される出力光に位相差を付与する。これにより、光Ａ／Ｄ変換器を簡易に構成可能な光強度位相変換器を提供することができる。
2011145280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入力光が入力される第１及び第２の導波路と、
第２の入力光が入力される第３の導波路と、
前記第２及び第３の導波路上に共通に設けられ、前記第１及び第２の入力光が合波して相互作用する相互作用領域と、を備え、
前記第１又は第２の入力光の強度に基づいて、前記第１及び第２の導波路から出力される出力光に位相差を付与する光強度位相変換器。
【請求項２】
前記相互作用領域がＭＭＩ導波路であることを特徴とする請求項１に記載の光強度位相変換器。
【請求項３】
前記第１の導波路上に前記相互作用領域と同一サイズの相互作用領域を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光強度位相変換器。
【請求項４】
前記相互作用領域の出力側の前記第２の導波路上に光強度調整器及び光位相調整器を、更に備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光強度位相変換器。
【請求項５】
前記相互作用領域の出力側の前記第３の導波路上に光強度調整器及び光位相調整器を、更に備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光強度位相変換器。
【請求項６】
前記第１の導波路上に光強度調整器及び光位相調整器を、更に備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光強度位相変換器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光強度位相変換器と、
前記第１の入力光を、前記第１及び第２の導波路に分岐する分波器と、
前記第１及び第２の導波路から出力される前記出力光を合分波する合分波器と、を備えるマッハ・ツェンダー型光干渉計。
【請求項８】
複数の前記光強度位相変換器が、直列に接続されていることを特徴とする請求項７に記載のマッハ・ツェンダー型光干渉計。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のマッハ・ツェンダー型光干渉計をＮ（Ｎは自然数）個備え、
前記マッハ・ツェンダー型光干渉計は、前記入力される光強度信号の強度に応じてＮビットのデジタル信号を出力することを特徴とする光Ａ／Ｄ変換器。
【請求項１０】
第１の入力光が入力される第１及び第２の導波路を設け、
第２の入力光が入力される第３の導波路を設け、
前記第２及び第３の導波路上に共通に、前記第１及び第２の入力光が合波して相互作用する相互作用領域を設け、
前記第１又は第２の入力光の強度に基づいて、前記第１及び第２の導波路から出力される出力光に位相差を付与する光強度位相変換器の構成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光強度位相変換器、これを用いたマッハ・ツェンダー型光干渉計、光Ａ／Ｄ変換器及び光強度位相変換器の構成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中・長距離系における光通信システムにおいては、ますます高速化や波長多重による大容量化が進んでいる。現在の幹線系光通信システムでは、波長多重通信が用いられ、波長チャネル間隔が定められている。そのため、光ファイバアンプの帯域内において５０ＧＨｚ間隔であれば、約１００チャネルを利用することができる。【０００３】
ここで、チャネル間隔をΔｆ［Ｈｚ］、伝送速度をＢ［ｂｉｔ／ｓ］とすると、Ｂ／Δｆ［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］を、周波数利用効率という。Δｆ＝５０ＧＨｚであれば、もしチャネル毎に１００Ｇｂｉｔ／ｓの伝送速度があれば、周波数利用効率は、２ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚとなる。【０００４】
光ファイバアンプの帯域が限られているため、周波数利用効率を高めることが必要である。ただし、周波数利用効率を高くするために単純に信号のビットレートを高くすると、チャネル間のクロストークが問題となる。そこで、次世代の光通信方式として、光多値変調や、光直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）の検討が進んでいる。光多値変調は、従来の０、１の２値を用いた光強度変調とは異なり、光の振幅や位相を用いて多値化することによって、周波数利用帯域を増やさずに情報量を増大させる方法である。また、光ＯＦＤＭでは、電気信号によってＯＦＤＭ信号を生成して光変調し、光サブキャリア間を直交状態にして多重化する。そのため、クロストーク問題を解決し、周波数利用効率を高めることができる。【０００５】
このように電気信号処理を主とした多値化、多重化を行い、伝送された光信号は、受信側で電気信号に復調する。光復調回路のＰＤ（光受光器）の後段にはアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器が必要となる。現在は、電気回路を利用したＡ／Ｄ変換器が一般的に用いられている。【０００６】
他方、光信号のアナログ量を直接デジタル値として導出する光Ａ／Ｄ変換器は、高速性という特長を有するため、提案が多くなされている。例えば、特許文献１では、光信号を異なる所定の分割比で分割することによって、光量を所定の比率で表し、各分割光信号が閾値に達しているかどうかで入力された光信号の光アナログ量を検出している。【０００７】
また、特許文献２では、光Ａ／Ｄ変換手段において、アナログ信号である入力光信号に対し非線形光素子を介した帰還系を構成することにより、当該光Ａ／Ｄ変換手段より順次デジタル信号である第１出力光を得ている。【０００８】
特許文献３では、光符号化回路は、光強度に関する入出力特性が異なる周期性を有する光非線形素子を備えた複数の光符号化器を用いて、第１の波長を有する信号光のパルス列を、第１の波長とは異なる近傍の第２の波長を有しかつ光標本化された光アナログ信号のパルス列である制御光に従って光符号化し、光符号化された複数の信号光のパルス列を各光符号化器から出力する。次いで、光量子化回路は、各光符号化器にそれぞれ接続され、光強度に関する入出力特性が周期性を有する光非線形素子を備えた複数の光しきい値処理器を用いて、第１の波長とは異なる近傍の第３の波長を有する搬送波光のパルス列を、光符号化された複数の信号光のパルス列に従ってそれぞれ光しきい値処理を行うことにより光量子化して光デジタル信号として出力している。【０００９】
特許文献４では、複数の分岐干渉型光変調器を有しており、同じ基板上に光起電力素子が形成されて、この光起電力素子の出力電圧が分岐干渉型光変調器に印加されることを特徴としている。そのため、この例では、強度信号光を一度ＰＤで受光し、電圧信号に変換することになり、その電気信号の速度が全体の回路の速度を決定してしまうことになる。【００１０】
特許文献５には、ＯＮ、ＯＦＦされている光信号を用いて、その信号を位相差の信号に変換する、論理保持・論理反転信号光生成器が示されている。
特許文献６には、フィルタによって制御光を除去する、光の位相差の変調信号を利用した装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２４９２４号公報
【特許文献２】特開平１−５６４２６号公報
【特許文献３】特開２００５−１７３５３０号公報
【特許文献４】実開昭６１−２０３５６６号公報
【特許文献５】特開２００６−２７６０９５号公報
【特許文献６】特開２００８−０５２０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
光のＡ／Ｄ変換器を実現するにあたり、光のままではある強度を有する光から一定の強度の光を減算することは困難であることから、構成が複雑になっていたと考えられる。この光Ａ／Ｄ変換器を簡易に構成するためには、光の位相情報を用いるマッハ・ツェンダー（ＭＺ）型干渉計を用いることが考えられる。そのためには、効率的に光強度の強弱を光位相差の大小に変換する手段（以下、この手段が実現される装置を光強度位相変換器と呼ぶ）が必要となる。【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光Ａ／Ｄ変換器を簡易に構成可能な光強度位相変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る光強度位相変換器は、
第１の入力光が入力される第１及び第２の導波路と、
第２の入力光が入力される第３の導波路と、
前記第２及び第３の導波路上に共通に設けられ、前記第１及び第２の入力光が合波して相互作用する相互作用領域と、を備え、
前記第１又は第２の入力光の強度に基づいて、前記第１及び第２の導波路から出力される出力光に位相差を付与するものである。【００１５】
本発明に係る光強度位相変換器の構成方法は、
第１の入力光が入力される第１及び第２の導波路を設け、
第２の入力光が入力される第３の導波路を設け、
前記第２及び第３の導波路上に共通に、前記第１及び第２の入力光が合波して相互作用する相互作用領域を設け、
前記第１又は第２の入力光の強度に基づいて、前記第１及び第２の導波路から出力される出力光に位相差を付与するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光Ａ／Ｄ変換器を簡易に構成可能な光強度位相変換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態に係る光強度位相変換器の構成図である。
【図２】第２の実施の形態に係るＭＺ型光干渉計の構成図である。
【図３】図２の断面１２における光強度を示す図である。
【図４】第３の実施の形態に係るＭＺ型光干渉計の構成図である。
【図５】図４の断面１２における相対光強度を示す図である。
【図６】第４の実施の形態に係る光Ａ／Ｄ変換器の構成図である。
【図７Ａ】図６の光変調領域２５の構成を示す図である。
【図７Ｂ】図６の光変調領域２６の構成を示す図である。
【図７Ｃ】図６の光変調領域２７の構成を示す図である。
【図７Ｄ】図６の光変調領域２８の構成を示す図である。
【図８】図６の断面１２における光出力の相対強度を示すグラフである。
【図９】第４の実施の形態に係る光Ａ／Ｄ変換器から出力される入力光強度に応じたデジタル信号を示す図である。
【図１０】第５の実施の形態に係る光Ａ／Ｄ変換器の構成図である。
【図１１Ａ】図１２に示すデジタル符号に対応する図１０の光変調領域２５の構成を示す図である。
【図１１Ｂ】図１２に示すデジタル符号に対応する図１０の光変調領域２６の構成を示す図である。
【図１１Ｃ】図１２に示すデジタル符号に対応する図１０の光変調領域２７の構成を示す図である。
【図１１Ｄ】図１２に示すデジタル符号に対応する図１０の光変調領域２８の構成を示す図である。
【図１２】第４及び第５の実施の形態にて出力可能な図５とは異なるデジタル信号を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る光強度位相変換器の構成図である。光強度位相変換器は、光強度の情報を、位相差の情報に変換する。図１に示すように、この光強度位相変換器１は、２つの入力ポート３及び４、２つの出力ポート６及び７に接続されている２入力２出力の光合分波器８、入力ポート２及び出力ポート５に接続されている光合分波器１１、光強度調整器９ａ、９ｂ、９ｃ、光位相調整器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、それらを接続する光導波路を備えている。図１では、３つの各経路（第１〜第３の導波路）に、光合分波器、光強度調整器、光位相調整器の全てが設けられている。但し、光合分波器１１、光強度調整器９ａ、９ｂ、９ｃ、光位相調整器１０ａ、１０ｂ、１０ｃは必須ではない。
【００２０】
光合分波器８は、２入力２出力の光回路である。入力ポート３及び入力ポート４に入力された光は、相互作用領域である光合分波器８にて、光相互位相変調により位相がシフトする。位相シフト量が所望の値になるように、光合分波器の幅や長さなどの値が設計される。光相互位相変調については後述する。さらには、例えば、入力ポート３のみから光を入力した場合、出力ポート６のみから出力されるように、入力ポート４から入力された光は出力ポート７に出力されるように設計されると、後段で光フィルタなどによって光を分離する必要がなくなるため好ましい。
【００２１】
光合分波器８には電流を注入、あるいは、電圧を印加できる構造を導入する。例えば、光合分波器８はｐｉｎ構造を有する半導体導波路であって、電流ないし電圧が印加できるように、電極が配置されている。
【００２２】
光合分波器８は、例えば図１に示すように、２入力２出力のＭＭＩ（Multi Mode Interference）導波路を利用すると良い。その場合、ＭＭＩ導波路の幅や長さを調節することにより、例えば、入力ポート３のみから光を入力した場合、出力ポート６のみから出力されるように設計することができる。この場合は、入力ポート４から入力された光は出力ポート７に出力される。このようにＭＭＩ導波路のある幅に対して、片側の入力ポート（例えば３）から入力された光がどちらか一方の出力ポート（例えば６）のみに出力される長さは周期的に多数存在する。そこで、ＭＭＩ導波路にて引き起こされる光相互位相変調による位相シフト量が所望の値になるように、ＭＭＩ導波路の幅と長さのセットが決定される。
【００２３】
光合分波器８としてＭＭＩ導波路を用いた場合でも、電流を注入、あるいは、電圧を印加できる構造は導入できる。大きな相互位相変調機能を引き起こすために、ＭＭＩ導波路が持つバンドギャップ波長は、利用する光の波長に近くし、電流を注入することで光増幅機能が得られるように設計される。
【００２４】
光強度調整器９ａ、９ｂ、９ｃ、光位相調整器１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、相互位相変調されて光合分波器８から出力された光及び相互位相変調されずに光合分波器１１から出力された光に対して、その強度と位相とをそれぞれ調整するための装置である。例えば、光強度調整器９ａ、９ｂ、９ｃは、入力ポート４から入力される信号光強度が最小光強度の時に、出力ポート５と出力ポート６から出力される光の強度が揃うようにあらかじめ調整されている。さらには、各入力ポートと対応する出力ポートとが同じ光強度になるように調整されることが望ましい。これによって、光強度位相変換器１を容易に縦続接続することができる。また、光位相調整器１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、入力ポート４から入力される信号光強度が最小光強度の時に、出力ポート５と出力ポート６との位相差がないようにあらかじめ調整されている。
【００２５】
光強度調整器９ａ、９ｂ、９ｃとしては、例えば、半導体光増幅器を用いることができる。半導体光増幅器を用いると短い距離で光強度を変化させることができるが、同時に光の位相も回転することが多い。
【００２６】
そのため、光位相調整器１０ａ、１０ｂ、１０ｃが、別途必要となる。光位相調整器１０ａ、１０ｂ、１０ｃとしては、例えば、半導体位相変調器を用いることができる。半導体位相変調器のもつバンドギャップ波長を利用する光の波長から、例えば１．５５μｍ帯であれば、１００〜２００ｎｍ程度短くすることにより、光の強度をほとんど変化させることなく位相を変化させることができる。
【００２７】
また、入力ポート３、４から出力ポート６、７に抜ける光が、光合分波器８にて光増幅を受け、大きく光の強度が変化した場合、後段の光強度調整器９ａ、９ｂ、９ｃ、光位相調整器１０ａ、１０ｂ、１０ｃで調整しきれないことが考えられる。そのため、光合分波器８と同一の構造を有する光合分波器１１を通過させることが望ましい。なお、ここでは光合分波器８、１１は、２入力２出力を例に記載したが、１入力２出力であっても良い。ＭＭＩ導波路の構造により出力される各ポートの位相シフト量は異なるが、それに応じて、光位相調整器１０ａ、１０ｂ、１０ｃの動作を設定すればよい。
【００２８】
次に動作原理について説明する。位相変調には、公知の光相互位相変調（ＸＰＭ：Cross-Phase Modulation）を利用する。これにより光強度変化が光位相変化へと変換される。光合分波器８、１１は、光合波器、半導体光導波路、光分波器の機能を含む構造である。光合分波器８では、２つの入力ポート３、４から入力された光が光合分波器８の中で同一の導波路内をお互いに影響しながら伝搬するが、出口ではそれぞれ分離されるように設定される。よって、後段で波長に応じて光を再分離する必要がないため、簡易で小型な分波器が実現できる。
【００２９】
一方、光合分波器１１を通過して入力ポート２から出力ポート５に抜ける光は、光の入力が１つであるので相互位相変調は起こらない。そのため、入力ポート４から出力ポート７に抜ける光の影響を受けた、入力ポート２から出力ポート５に抜ける光は、入力ポート３から出力ポート６に抜ける光と比較して、位相差が生じることになる。
【００３０】
なお、入力ポート３から入力された光が出力ポート７に抜けるように設計することもできる。その場合は、入力ポート４から入力された光は出力ポート６に出力される。素子の構造上、問題が生じない限り、この構造を利用することもできる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について、図２を参照して説明する。図２は、第２の実施の形態に係るＭＺ型光干渉計の構成図であって、図１の光強度位相変換器１をＭＺ型光干渉計に適用した例である。このＭＺ型光干渉計は、図１の光強度位相変換器１に加え、光分波器１５、光合分波器１６を備えている。図１と同一の構成要素については同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３２】
まず、局所光として連続光が光分波器１５に導入され、２分割される。図２の光分波器１５は、２入力２出力のＭＭＩ導波路を用いているが、１入力２出力のＭＭＩ導波路、あるいは、光方向性結合器など別の手段を用いても良い。その場合、出力される各ポートの位相シフト量の絶対値は、２入力２出力のＭＭＩ導波路の場合と異なることがあるが、相対関係の変化は２入力２出力のＭＭＩ導波路の場合と同様となる。光分波器１５の２つの出力は、それぞれ光強度位相変換器１の入力ポート２、３に結合されている。即ち、２分割された連続光は、それぞれ入力ポート２、３に導入される。他方、入力ポート４には信号光が入力される。
【００３３】
前述のように、光合分波器８では光相互位相変調が起こり、それに応じて連続光の位相が変化する。一方、光合分波器１１では光相互位相変調が起こらず、連続光の位相が変化しない。そのため、光合分波器８を通過した連続光と、光合分波器１１を通過した連続光との間に位相差が生じる。この位相差は、入力される信号光の強度に応じて変化する。
【００３４】
上述の通り、光合分波器８、１１は、同じパラメータ（幅、長さなど）を有する導波路である。２入力２出力の光合分波器１１については、２つの入力ポートのうち一方の入力ポート２のみに光が入力され、他方の入力ポート（不図示）には光が入力されない。光合分波器８については、入力ポート３から入力された光が全て出力ポート６へ出力されるようにする。具体的には、光合分波器８、１１にＭＭＩ導波路を用いる場合には、ＭＭＩ導波路の幅、長さが決定される。目的としている光強度変化に応じて所望の注入電流値で有意な位相回転が実現されるように、「入力ポート３から入力された光が全て出力ポート６から出力される」という条件を満たしつつ、光合分波器８であるＭＭＩ導波路の適切な幅と長さが選択される。
【００３５】
光強度調整器９ａ、９ｂ、９ｃについては、出力ポート５と出力ポート６とにおける光強度が揃うように、あらかじめ注入電流量が調整されている。また、光位相調整器１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、入力ポート４に入力された信号光が最小光強度の場合（多くは、信号光が入力されない場合に相当する）、光合分波器１６の出力ポート１３における光強度が最小になるように調整されている。即ち、入力ポート２から出力ポート５に抜ける光と、入力ポート３から出力ポート６に抜ける光との位相差がなくなるように調整されている。
【００３６】
このように設計されたＭＺ型光干渉計は、入力ポート４から入力される信号光強度に応じて、断面１２における出力ポート１３の光強度Ｐ１３と出力ポート１４の光強度Ｐ１４が変化する。図３は、図２の断面１２における入力光強度（入力される信号光の強度）に対する光強度Ｐ１３、Ｐ１４の変化を示す図である。光強度Ｐ１３、Ｐ１４は入力光強度に応じて対称に変化する。具体的には、光強度Ｐ１３が最大の時に、光強度Ｐ１４は最小になり、光強度Ｐ１３が最小の時に、光強度Ｐ１４は最大になる。図２のＭＺ型光干渉計では、入力される連続光の強度が一定であるため、Ｐ１３＋Ｐ１４＝一定が成立する。
【００３７】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について、図４を参照して説明する。図４は、第３の実施の形態に係るＭＺ型光干渉計の構成図であって、図１の光強度位相変換器をＭＺ型光干渉計に適用した例である。第２の実施の形態に係る図２のＭＺ型光干渉計との違いは、信号光を導入するポートと連続光を導入するポートとの位置関係を逆にしたことである。具体的には、図２では、入力ポート２、３に連続光が入力されているのに対し、図４では、入力ポート２、３に信号光が入力されている。また、図２では、入力ポート４に信号光が入力されているのに対し、図４では、入力ポート４に連続光が入力されている。第３の実施の形態でも、第２の実施の形態と同様の手法で光合分波器８、光強度調整器９ａ、９ｂ、９ｃ、光位相調整器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、光合分波器１１のそれぞれを調整することによって、図５のような信号光の変化を得ることができる。ただし、図４のＭＺ型光干渉計では、入力される信号光の強度が大きくなるほど出力光強度Ｐ１３、Ｐ１４の和Ｐ１３＋Ｐ１４も大きくなる。そのため、図５の縦軸は光強度そのものではなく、相対光強度で示されている。
【００３８】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について、図６を参照して説明する。図６は、第４の実施の形態に係る光Ａ／Ｄ変換器の構成図であって、図２のＭＺ型光干渉計を内部に含む光Ａ／Ｄ変換器である。但し、ＭＺ型光干渉計の光分波器１５は、２入力２出力の光合分波器でなく、１入力２出力の光合分波器としている。図６では、光合分波器としてＭＭＩ導波路を用いている。第４の実施の形態に係る光Ａ／Ｄ変換器では、光のままの状態で、光強度を多ビットに分解してデジタル値として取り出すことができる。
【００３９】
図６は、４ビットの光Ａ／Ｄ変換器の構成例を示す。この光Ａ／Ｄ変換器は、入力ポート２３、光分波器２４、ＭＺ型光干渉計２９、出力ポート１３、１４、１７〜２２、バランスドレシーバ３０を備えている。
【００４０】
入力ポート２３から光信号であるアナログ入力信号Ａｉｎが入力され、光分波器２４により等価な４つのアナログ信号Ａ３、Ａ２、Ａ１、Ａ０に分割される。この分割数が、光Ａ／Ｄ変換器のビット数に対応する。光分波器２４により分波された光は、光導波路を介して、それぞれ、ＭＺ型光干渉計２９に入力される。
【００４１】
図６に示すように、ＭＺ型光干渉計２９は、４つの経路を備え、各経路に１つずつ光分波器１５と光合分波器１６とを備えている。ＭＺ型干渉計を用いた光Ａ／Ｄ変換器では、Ａ／Ｄ変換された結果をほぼ同時に出力するために、各ビットに対応するＭＺ型干渉計をビット数個用意する。また、それぞれの経路において、光分波器１５と光合分波器１６との間に光変調領域２５、２６、２７、２８が設けられている。各光分波器１５には局所光ＬＬ３、ＬＬ２、ＬＬ１、ＬＬ０が入力され、それぞれが２つの局所光に分波される。光分波器１５で２つに分波された４対の局所光ＬＬ３、ＬＬ２、ＬＬ１、ＬＬ０と、上記アナログ信号Ａ３、Ａ２、Ａ１、Ａ０とが、それぞれ光変調領域２５、２６、２７、２８に入力される。
【００４２】
ここで、光変調領域２５、２６、２７、２８は、図１の光強度位相変換器１を含んでいる。光変調領域２５、２６、２７、２８のそれぞれは、デジタル信号の各ビットに相当する信号を出力するために必要な位相シフト量に設定されている。
【００４３】
光変調領域２５の出力ポートから出力された光は、光合分波器１６において互いに干渉後、出力ポート１３、１４に分配される。同様に、光変調領域２６の出力ポートから出力された光は、光合分波器１６において互いに干渉後、出力ポート１７、１８に分配される。光変調領域２７の出力ポートから出力された光は、光合分波器１６において互いに干渉後、出力ポート１９、２０に分配される。光変調領域２８の出力ポートから出力された光は、光合分波器１６において互いに干渉後、出力ポート２１、２２に分配される。ここで、光分波器１５はここでは１入力２出力を想定し、光合分波器１６は２入力２出力を想定して図６に示している。
【００４４】
次に、ＭＺ型光干渉計の各経路から出力された１対の光は、バランスドレシーバ３０によってＯ／Ｅ変換、すなわち、光信号から電気信号へと変換される。ここで、バランスドレシーバ３０は直列接続された１対のＰＤから構成されている。各バランスドレシーバ３０の出力に応じて、デジタル信号の０と１を割り振ることにより、デジタル出力信号Ｄｏｕｔを生成する。
【００４５】
次に、図７Ａ〜７Ｄを用いて動作原理について説明する。各ＭＺ型干渉計は、同じ光強度を異なる位相差に変換する、つまり、同じ光強度に対して異なる位相シフト（位相回転）量を出力する必要がある。光強度位相変換器１を、ある光信号強度に対して、それぞれに必要な位相回転量を引き起こすように、相互作用領域である光合分波器８を設計する必要があるが、簡単には、縦続接続できる、ある単位位相回転を行う光強度位相変換器１を利用するのが好ましい。図７Ａ〜７Ｄは、それぞれ図６における光変調領域２５〜２８の詳細を示した図である。光変調領域２５〜２８には、光強度位相変換器１が設けられている。光強度位相変換器１は、縦続接続できるようにされている。この光強度位相変換器１の数が光変調領域２５〜２８によって異なっている。具体的には、光変調領域２５には１つ、光変調領域２６には２つ、光変調領域２７には４つ、光変調領域２８には８つ設けられている。図７Ａに示す光変調領域２５は、図２のＭＺ型光干渉計に対応している。図７Ｂに示すように、図１の光強度位相変換器１を２つ備える場合には、２つの光強度位相変換器１を縦続に接続する。具体的には、前段の光強度位相変換器１（図１参照）の３つの出力ポート５〜７を後段の光強度位相変換器１の３つの入力ポート２〜４にそれぞれ接続する。一般に、ｎビットの光Ａ／Ｄ変換器を作成する場合には、上位ビットから下位ビットに行くに従って、光強度位相変換器１の数を２＾ｋ（ｋ＝０、・・・、ｎ−１）とすればよい。
【００４６】
また、光変調領域２６〜２８のように光強度位相変換器１が縦続接続されている場合、各光強度位相変換器１の光強度調整器９ｃは、信号光の入力強度と出力強度とが揃うように、あらかじめ調整されている。また、光強度調整器９ａ、９ｂと光位相調整器１０ａ、１０ｂとにより、入力ポート３に入力される局所光と入力ポート２に入力される局所光との強度及び位相の相対関係が揃うように調整される。
【００４７】
本実施の形態での光強度位相変換器１は、最小光強度から最大光強度までの光強度に応じて位相回転が２πになるように、光合分波器８、１１に入力される電流値やＭＭＩ導波路の幅、長さなどが設定されている。これにより、最小光強度から最大光強度までの光強度が変化すると、光変調領域２５では２π、光変調領域２６では４π、光変調領域２７では８π、光変調領域２８では１６πの位相回転が起こることになる。
【００４８】
従って、出力ポート１３の光強度Ｐ１３、出力ポート１４の光強度Ｐ１４とすると、図８に示すように変化する。図８の横軸は入力光強度、縦軸は光強度である。ここで、図８は、図６の断面１２における光強度を示している。
【００４９】
そして、光強度Ｐ１３、Ｐ１４の強度の比較を行い、どちらが大きいかで０と１の判定を行えば良いことになる。具体的には、バランスドレシーバ３０は、２つのＰＤを組み合わせることによっての出力の違いを検知することができるので、コンパレータを用いることによりデジタル値を得ることができる。
【００５０】
この比は、光変調領域２５では最小光強度から最大光強度までの光強度に応じて位相回転が２πになるように設定したため、繰り返し周期Ｐｐｅｒｉｏｄ＝１／ｆ（ｆは繰り返し周波数）は最小光強度から最大光強度までの光強度に応じて１周期となる。
【００５１】
同様に、光変調領域２６、２７、２８では、最大光強度までの光強度に応じて位相回転がそれぞれ４π、８π、１６πになるように設定されている。よって、光変調領域２５での繰り返し周波数をｆとすると、出力ポート１７、１８からの出力光強度繰り返し周波数は２×ｆとなる。同様に、出力ポート１９、２０からの出力光強度の繰り返し周波数は４×ｆとなる。出力ポート２１、２２からの出力光強度の繰り返し周波数は８×ｆになる。
【００５２】
光変調領域２５〜２８の出力は、それぞれがバランスドレシーバ３０に入力されており、アナログ信号Ａ３、Ａ２、Ａ１、Ａ０に対応したデジタル信号Ｄ３、Ｄ２、Ｄ１、Ｄ０が出力される。具体的には、入力光強度に応じて、図９に示すようなデジタル信号Ｄ３、Ｄ２、Ｄ１、Ｄ０が得られることがわかる。即ち、アナログ入力信号の光強度がデジタル信号に変換される。
【００５３】
（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態について、図１０を参照して説明する。図１０は、第５の実施の形態に係る光Ａ／Ｄ変換器の構成図であって、図４のＭＺ型光干渉計を内部に含む光Ａ／Ｄ変換器である。但し、ＭＺ型光干渉計の光分波器１５は、２入力２出力のＭＭＩ導波路でなく、１入力２出力のＭＭＩ導波路としている。
【００５４】
図１０は、４ビットの光Ａ／Ｄ変換器の構成例を示す。基本的な構成は第４の実施の形態と同様である。図６と異なる点は、ＭＺ型光干渉計２９への入力光のうち、アナログ信号Ａ３、Ａ２、Ａ１、Ａ０がそれぞれ２分割され各光変調領域２５〜２８の最前段の光強度位相変換器１の入力ポート２、３に導入され、局所光（ＬＬ０、ＬＬ１、ＬＬ２、ＬＬ３）が光強度位相変換器１の入力ポート４に導入される点である。
【００５５】
光変調領域２５〜２８の機能は、図６における光変調領域２５〜２８と同様である。図１１Ａ〜１１Ｄに示すように、光変調領域２５〜２８は、縦続接続できる、ある単位位相回転を行う光強度位相変換器１を利用し、それぞれ光強度位相変換器１を２＾０＝１、２＾１＝２、２＾２＝４、２＾３＝８個内蔵している。このような構成は、第４の実施の形態と同様であって、この内蔵する数の決定方法も同様である。
【００５６】
図１０の光Ａ／Ｄ変換器では、光強度位相変換器１の光合分波器８にのみ局所光ＬＬを導入することによって、同じ信号光変化でも、光合分波器８内部の光強度が異なる状態を作ることができる。従って、光合分波器１１で起こる自己位相変調、光合分波器８で起こる相互位相変調の違いを利用して、入力ポート２、３に入力された信号光の間に位相差を付与することができる。このようにして図９に示すようなデジタル信号が得られることになる。
【００５７】
なお、第４及び第５の実施の形態は、２進符号を元にして設定した。実際には、デジタル信号符号のフォーマットに応じて、光変調領域２５〜２８の構成は適宜設定される。例えば、第４や５の実施の形態における光変調領域２５〜２８を、図１１Ａ〜１１Ｄに示す光変調領域２５〜２８のような構成とすれば、図１２に示す符号（グレイコード）を出力することができる。ここで、図１１Ｂ〜１１Ｄの光位相調整器３２は、強度を変えずに位相をπ／２回転させる。一般にｎビットの光Ａ／Ｄ変換器を作成する場合には、上位ビットから下位ビットに行くに従って、光強度位相変換器１の数を２＾ｋ（ｋ＝０、０、１、・・・、ｎ−２）とすればよい。
【００５８】
なお、光位相調整器３２を設けずに、光変調領域２５〜２８に含まれる最後段の光強度位相変換器１の光位相調整器１０ａあるいは１０ｂを用いて調整してもよい。また、図６、図１０に示す各ＭＺ型光干渉計に設けられた光分波器１５のうち光位相調整器３２を付加したビットにある光分波器１５を、１入力２出力のＭＭＩ導波路から２入力２出力のＭＭＩ導波路に変更することでも、光位相調整器３２を省略することができる。
【００５９】
なお、上記実施の形態に係る光強度位相変調器を含むＭＺ型光干渉計は、光Ａ／Ｄ変換器への適用に限定されない。光強度位相変調器によって、信号光の強度が、連続光の位相情報に反映され、さらにそれがＭＺ型光干渉計の構造に応用されると強度信号に変換される。そのため、一般的には、信号光の波長と連続光の波長が異なる場合には、波長変換器として機能する。このような用途への応用も可能である。
【００６０】
また、当然ながら、上述した実施の形態は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態及び変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本発明を満足する範囲で各種に変更することができる。本発明によって実現された光強度位相変換器を用いると、高速かつ低電力な光Ａ／Ｄ変換器が実現できるので、この光Ａ／Ｄ変換器を利用した光復調回路に、高速かつ低電力といったメリットを生かされた形で利用することができる。具体的には、コヒーレント検波回路や光直接検波回路に本発明の光Ａ／Ｄ変換器を内蔵することができる。
【００６１】
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００６２】
この出願は、２０１０年５月１９日に出願された日本出願特願２０１０−１１５５４５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明にかかる技術は、光強度位相変換器、これを用いたマッハ・ツェンダー型光干渉計、光Ａ／Ｄ変換器及び光強度位相変換器などに利用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１  光強度位相変換器
２〜４、２３  入力ポート
５〜７、１３、１４、１７〜２２  出力ポート
８、１１、１６  光合分波器
９  光強度調整器
１０、３２  光位相調整器
１２  断面
１５、２４  光分波器
２５〜２８  光変調領域
２９  ＭＺ型光干渉計
３０  バランスドレシーバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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